Nouvelles méthodologies pour les robots humanoïdes intégrés hydrauliques légers

New Methodologies Toward Lightweight Hydraulic Integrated Humanoid Robots

• Auteur / Autrice : Mohamad El asswad
• Direction : Fethi Ben Ouezdou, Samer Alfayad, Khaled Khalil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 19/06/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Jacquemin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodríguez Ayerbe Pedro, Ratiba Benzerga
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Pierre Gazeau, Gérard Poisson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Machines oléo-hydrauliques

Robots humanoïdes

Mots clés libres

Conception

Materiaux

Fabrication Additive

Composite

Robotique

Design

Material

Additive Manufacturing

Composite

Robotics

Résumé

De nouvelles solutions basées sur la technologie de l'intégration hydraulique ont été introduites dans la mise en œuvre d'un système robotique humanoïde à actionnement hydraulique compact et léger. Pour ce faire, les chercheurs ont appliqué des méthodes et des technologies récentes basées sur des techniques d'usinage avancées et sur la fabrication additive de métaux. Malgré cela, ces méthodologies ont montré des limites liées non seulement au temps de réalisation, ce qui induit des coûts élevés, mais également au poids total du mécanisme obtenu. Ainsi, il important de développer des travaux de recherche sur de nouvelles méthodologies pour réaliser des mécanismes robotiques hydrauliques intégrés, compacts, légers et à faible coût économiques.C’est l’objet de travail développé dans cette thèse qui a pour objectif de proposer de nouvelles méthodologies pour la fabrication de composants mécaniques de robots humanoïdes à commande hydraulique. Cela concerne, en premier lieu, la fabrication additive de matériaux composites qui sera développée pour la réalisation des pièces structurelles classiques. En second lieu, deux nouvelles méthodologies sont proposées pour l’obtention de composants hydrauliques intégrés légers, avec une résistance élevée et un temps de réalisation et un coût réduits. La première méthodologie consiste à combiner la fabrication additive de polymères thermoplastiques et la simple formation de composites aléatoires en carbone. Tandis que la deuxième propose l'utilisation de tuyaux en silicone à la place des thermoplastiques imprimés tout en gardant le même matériau de renfort. Les deux méthodologies sont détaillées étape par étape et appliquées au bras du robot HYDROïD. Des gains importants sur le poids total du bras sont donnés. Par ailleurs, un nouvel vérin hydraulique composite léger est développé pour remplacer les vérins métalliques dont le poids est fatalement très élevé. Une procédure développée à partir du modèle de contraintes, passant par un processus d'optimisation et se terminant par la conception mécatronique est présentée. L’actionneur hydraulique est mis en œuvre et testé pour l'articulation du genou du robot HYDROïD et une proposition de généralisation à toutes les articulations est également avancée. Enfin, des perspectives à court et à moyen termes pour des développement ultérieur de nouvelles générations de systèmes robotiques à actionnement hydraulique intégré concluent cette thèse.

Modern researches have been inducted in the implementation of a compact and lightweight hydraulically actuated humanoid robotic systems, using the technology of hydraulic integration. In the a eld, researchers have applied recent technologies starting from advanced machining methodologies and ending with additive manufacturing of me-tals. Despite, these methodologies have shown inconvenient points related to cost, time and weight of the obtained mechanism. This motivates the research of new methodologies toward developing compact, cost effective and light-weight hydraulic integrated robotics mechanisms, which are discussed in this thesis.This thesis represents new methodologies toward fabricating mechanical components of the hydraulic actuated humanoid robots. This starts with the classical structural parts which will be fabricated using additive manufacturing of composite materials. Then, the hard task comes. Two new methodologies are proposed to obtain hydraulic integra-ted components with lightweight, high strength and with low time and cost. The rst methodology is by combining the additive manufacturing of thermoplastics polymers and the simple forming of random carbon ber composites. While, the second methodology proposes the usage of silicone pipes instead of the printed thermoplastics, keeping the same reinforcement material. The two methodologies are explained step by step and applied to the arm of HYDRO•D robot. Lately, a new lightweight composite hydraulic actuator is developed to replace the heavy weight metallic one. This is using a developed procedure starting from stress model, passing by an optimization process and ending with the mechatronic design. Then, this hydraulic actuator is implemented and tested. This is applied to the knee joint of the robot and generalized to all the robot joints. By the end of this thesis, an important conclusion will be drawn and the perspective of the research will be settled for further development.